Small non-coding RNAs have gained substantial attention due to their roles in animal development and human disorders. Among them, microRNAs are special because individual gene sequences are conserved across the animal kingdom. In addition, unique and mechanistically well understood features can clearly distinguish bona fide miRNAs from the myriad other small RNAs generated by cells. However, making this distinction is not a common practice and, thus, not surprisingly, the heterogeneous quality of available miRNA complements has become a major concern in microRNA research. We addressed this by extensively expanding our curated microRNA gene database - MirGeneDB - to 45 organisms, encompassing a wide phylogenetic swath of animal evolution. By consistently annotating and naming 10,899 microRNA genes in these organisms, we show that previous microRNA annotations contained not only many false positives, but surprisingly lacked >2000 bona fide microRNAs. Indeed, curated microRNA complements of closely related organisms are very similar and can be used to reconstruct ancestral miRNA repertoires. MirGeneDB represents a robust platform for microRNA-based research, providing deeper and more significant insights into the biology and evolution of miRNAs as well as biomedical and biomarker research. MirGeneDB is publicly and freely available at http://mirgenedb.org/.

ABSTRACT Small non-coding RNAs have gained substantial attention due to their roles in animal development and human disorders. Among them, microRNAs are unique because individual gene sequences are conserved across the animal kingdom. In addition, unique and mechanistically well understood features can clearly distinguish bona fide miRNAs from the myriad other small RNAs generated by cells. However, making this separation is not a common practice and, thus, not surprisingly, the heterogeneous quality of available miRNA complements has become a major concern in microRNA research. We addressed this by extensively expanding our curated microRNA gene database MirGeneDB to 45 organisms that represent the full taxonomic breadth of Metazoa. By consistently annotating and naming more than 10,900 microRNA genes in these organisms, we show that previous microRNA annotations contained not only many false positives, but surprisingly lacked more than 2,100 bona fide microRNAs. Indeed, curated microRNA complements of closely related organisms are very similar and can be used to reconstruct Metazoan evolution. MirGeneDB represents a robust platform for microRNA-based research, providing deeper and more significant insights into the biology and evolution of miRNAs but also biomedical and biomarker research. MirGeneDB is publicly and freely available at http://mirgenedb.org/ .

5-Methylcytosine (5mC) is a widespread silencing mechanism that controls genomic parasites. In eukaryotes, 5mC has gained complex roles in gene regulation beyond parasite control, yet 5mC has also been lost in many lineages. The causes for 5mC retention and its genomic consequences are still poorly understood. Here, we show that the protist closely related to animals Amoebidium appalachense features both transposon and gene body methylation, a pattern reminiscent of invertebrates and plants. Unexpectedly, hypermethylated genomic regions in Amoebidium derive from viral insertions, including hundreds of endogenized giant viruses, contributing 14% of the proteome. Using a combination of inhibitors and genomic assays, we demonstrate that 5mC silences these giant virus insertions. Moreover, alternative Amoebidium isolates show polymorphic giant virus insertions, highlighting a dynamic process of infection, endogenization, and purging. Our results indicate that 5mC is critical for the controlled coexistence of newly acquired viral DNA into eukaryotic genomes, making Amoebidium a unique model to understand the hybrid origins of eukaryotic DNA.

Summary paragraph The origin of live birth in mammals ∼148 million years ago was a dramatic shift in reproductive strategy, yet the molecular changes that established mammal viviparity are largely unknown. Although progesterone receptor signalling predates the origin of mammals andis highly conserved in, and critical for, successful mammal pregnancy, it alone cannot explain the origin and subsequent diversity of implantation strategies throughout the placental mammal radiation. MiRNAs are known to be flexible and dynamic regulators with a well established role in the pathophysiology of mammal placenta. We propose that a dynamic core microRNA (miRNA) network originated early in placental mammal evolution, responds to conserved mammal pregnancy cues ( e . g . progesterone), and facilitates species-specific responses. Here we identify 13 miRNAs that arose at the origin of placental mammals and were subsequently retained in all descendent lineages. The expression of these 13 miRNAs in response to early pregnancy molecules is regulated in a species-specific manner in endometrial epithelia of species with extremes of implantation strategies. Furthermore, these 13 miRNAs preferentially target 84 proteins under positive selective pressure on ancestral eutherian. Discovery of this core “live-birth” toolkit and specifically adapted proteins helps explain the origin and evolution of the placenta in mammals.

Abstract South Asians develop type 2 diabetes (T2D) early in life and often with normal body mass index (BMI). However, reasons for this are poorly understood because genetic research is largely focused on European ancestry groups. We used recently derived multi-ancestry partitioned polygenic scores (pPSs) to elucidate underlying etiological pathways British Pakistani and British Bangladeshi individuals with T2D ( n = 11,678) and gestational diabetes mellitus (GDM) ( n = 1,965) in the Genes & Health study ( n = 50,556). Beta cell 2 (insulin deficiency) and Lipodystrophy 1 (unfavorable fat distribution) pPSs were most strongly associated with T2D, GDM and younger age at T2D diagnosis. Individuals at high genetic risk of both insulin deficiency and lipodystrophy were diagnosed with T2D 8.2 years earlier with BMI 3 kg m − 2 lower compared to those at low genetic risk. The insulin deficiency pPS was associated with poorer HbA1c response to SGLT2 inhibitors. Insulin deficiency and lipodystrophy pPSs were associated with faster progression to insulin dependence and microvascular complications. South Asians had a greater genetic burden from both of these pPSs than white Europeans in the UK Biobank. In conclusion, genetic predisposition to insulin deficiency and lipodystrophy in British Pakistani and British Bangladeshi individuals is associated with earlier onset of T2D, faster progression to complications, insulin dependence and poorer response to medication.

Abstract 5-methylcytosine (5mC) is a widespread silencing mechanism that controls genomic parasites. However, in many eukaryotes 5mC has gained complex roles in gene regulation beyond parasite control. Animals are a quintessential case for 5mC evolution, as they show widespread variability across lineages, ranging from gene regulation and transposable element control to loss of this base modification. Here we show that the protist closely related to animals Amoebidium appalachense features both transposon and gene body methylation, a pattern reminiscent of invertebrates and plants. Unexpectedly, large hypermethylated regions of the Amoebidium genome derive from viral insertions, including hundreds of endogenized giant viruses contributing 14% of the encoded genes, to an extent never reported before in any eukaryotic genome. Using a combination of inhibitors and functional genomic assays, we demonstrate that 5mC silences these giant virus insertions. Moreover, alternative Amoebidium isolates show polymorphic giant virus insertions, highlighting a dynamic process of infection, endogenization and purging. Our results indicate that 5mC is critical for the controlled co-existence of newly acquired viral DNA into eukaryotic genomes, making Amoebidium a unique model to understand the hybrid origins of eukaryotic genomes.

Abstract We present genome sequences for the caecilians Geotrypetes seraphini (3.8Gb) and Microcaecilia unicolor (4.7Gb), representatives of a limbless, mostly soil-dwelling amphibian clade with reduced eyes, and unique putatively chemosensory tentacles. More than 69% of both genomes are composed of repeats, with retrotransposons the most abundant. We identify 1,150 orthogroups which are unique to caecilians and enriched for functions in olfaction and detection of chemical signals. There are 379 orthogroups with signatures of positive selection on caecilian lineages with roles in organ development and morphogenesis, sensory perception and immunity amongst others. We discover that caecilian genomes are missing the ZRS enhancer of Sonic Hedgehog which is also mutated in snakes. In vivo deletions have shown ZRS is required for limb development in mice, thus revealing a shared molecular target implicated in the independent evolution of limblessness in snakes and caecilians.

ABSTRACT We tested the hypothesis that a panel of placental mammal-specific miRNAs and their targets play important to establish receptivity to implantation and their dysregulated expression may be a feature in women with early pregnancy loss. Relative expression levels of miR-340-5p, −542-3p, and −671-5p all increased following treatment of Ishikawa cells with progesterone (10 μg/ml) for 24 hrs (p < 0.05). RNA sequencing of these P4-treated cells identified co-ordinate changes to 6,367 transcripts of which 1713 were predicted targets of miR-340-5p, 670 of miR-542-3p, and 618 of miR-671-5p. Quantitative proteomic analysis of Ishikawa cells transfected with mimic or inhibitor (48 hrs: n=3 biological replicates) for each of the P4-regulated miRNAs was carried out to identify targets of these miRNAs. Excluding off target effects, mir-340-5p mimic altered 1,369 proteins while inhibition changed expression of 376 proteins (p < 0.05) of which, 72 were common to both treatments. A total of 280 proteins were identified between predicted (mirDB) and confirmed ( in vitro ) targets. In total, 171 proteins predicted to be targets by mirDB were altered in vitro by treatment with miR-340-5p mimic or inhibitor and were also altered by treatment of endometrial epithelial cells with P4. In vitro targets of miR-542-3p identified 1,378 proteins altered by mimic while inhibition altered 975 a core of 200 proteins were changed by both. 100 protein targets were predicted and only 46 proteins were P4 regulated. miR-671-mimic altered 1,252 proteins with inhibition changing 492 proteins of which 97 were common to both, 95 were miDB predicted targets and 46 were also P4-regulated. All miRNAs were detected in endometrial biopsies taken from patients during the luteal phase of their cycle, irrespective of prior or future pregnancy outcomes Expression of mir-340-5p showed an overall increase in patients who had previously suffered a miscarriage and had a subsequent miscarriage, as compared to those who had infertility or previous miscarriage and subsequently went on to have a life birth outcome. The regulation of these miRNAs and their protein targets regulate the function of transport and secretion, and adhesion of the endometrial epithelia required for successful implantation in humans. Dysfunction of these miRNAs (and therefore the targets they regulate) may contribute to endometrial-derived recurrent pregnancy loss in women.

MicroRNAs (miRNAs) are key players in parasite-host communication and potential biomarkers for the detection of parasitic infections from host blood. Consequently, it is crucial to precisely know the miRNA complements of medically important agents such as the liver flukes of the Opisthorchiidae. Using publicly available and new datasets we curated and reannotated the surprisingly small and variable miRNA complements previously described for Opistorchis viverrini, O. felineus and Clonorchis sinesis. We find three highly similar miRNA complements with 53 identical and two miRNA genes with species specific sequences that signify a set of potential biomarkers and promising candidates for further investigations.